□□2009年10月22日,美國載人航天計(jì)劃評審委員會(huì)公布了長達(dá)155頁的最終評審報(bào)告——《尋求適合偉大國家的載人航天計(jì)劃》。該報(bào)告給出了載人航天計(jì)劃的5種綜合備選方案,指出了美國目前載人航天計(jì)劃及美國航空航天局(NASA)管理中存在的問題,并針對這些問題提出了一些解決方案。以下是對最終評審報(bào)告的解讀。
評審委員會(huì)會(huì)議現(xiàn)場
2009年5月7日,奧巴馬政府的科學(xué)技術(shù)政策辦公室宣布成立載人航天計(jì)劃評審委員會(huì),開始全面評審美國的載人航天計(jì)劃。評審委員會(huì)由美國洛馬公司前首席執(zhí)行官諾爾曼·奧古斯丁領(lǐng)銜,由頂層專家組成。評審委員會(huì)的主要任務(wù)是考查NASA正在進(jìn)行及計(jì)劃中的載人航天發(fā)展活動(dòng),以及可能的發(fā)展方向,并為推進(jìn)航天飛機(jī)退役后實(shí)現(xiàn)安全、創(chuàng)新、可承擔(dān)和可支持的載人航天飛行計(jì)劃提出方案。
本次評審的內(nèi)容包括:①加快發(fā)展美國的新能力,以加強(qiáng)對“國際空間站”的利用;②支持到近地軌道、月球和以遠(yuǎn)其他目標(biāo)的任務(wù);③鼓勵(lì)發(fā)展商業(yè)航天(載人)飛行能力;④在目前的預(yù)算框架內(nèi)對NASA的探索活動(dòng)進(jìn)行合理的選擇。
評審范圍包括:①評估NASA目前的載人航天計(jì)劃狀況和能力;②評估能夠支持上述任務(wù)的其他可能體系結(jié)構(gòu);③評估可能的體系結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生的能力和任務(wù)方案,包括近地軌道以遠(yuǎn)各種有價(jià)值的目的地;④考慮延長“國際空間站”運(yùn)行至2016年之后的選項(xiàng);⑤檢查相關(guān)技術(shù)的研發(fā)程度,以及補(bǔ)充的機(jī)器人任務(wù)的適當(dāng)程度,以保證載人航天活動(dòng)的長期經(jīng)濟(jì)可負(fù)擔(dān)性和生產(chǎn)能力;⑥考量適當(dāng)?shù)膰H合作機(jī)會(huì);⑦在不延長航天飛機(jī)運(yùn)行時(shí)間的前提下評估可能的體系結(jié)構(gòu)。
基于目前的載人航天計(jì)劃投資,評審委員會(huì)對載人航天項(xiàng)目進(jìn)行了評估,考慮了未來飛行計(jì)劃可能需要的能力和技術(shù),并討論了商業(yè)界和國際合作伙伴的作用。根據(jù)這些討論,評審委員會(huì)制定了美國載人航天計(jì)劃的5種綜合備選方案。
綜合備選方案
評審委員會(huì)發(fā)現(xiàn):①在2010財(cái)年預(yù)算水平下,近地軌道以遠(yuǎn)的載人航天探索是不可行的;②有意義的載人航天探索在一個(gè)寬松的預(yù)算下是可行的,即在2010財(cái)年基礎(chǔ)上,每年預(yù)算大約增加30億美元;③增加后的投資水平將允許實(shí)現(xiàn)月球優(yōu)先方案和靈活性途徑方案下的探索計(jì)劃,這2種方案都可以在合理的時(shí)間期限內(nèi)產(chǎn)生預(yù)期的結(jié)果。
正確的任務(wù)和適度的規(guī)模NASA的預(yù)算應(yīng)該與其任務(wù)和目標(biāo)相匹配。此外,NASA應(yīng)被賦予一定權(quán)力,從而能相應(yīng)地調(diào)整其機(jī)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施以維持國家級重要設(shè)施。
協(xié)調(diào)機(jī)器人計(jì)劃 機(jī)器人和載人探索活動(dòng)應(yīng)該在計(jì)劃水平上(如科學(xué)火星探測器和載人探索火星)和運(yùn)行水平上(如航天員在進(jìn)行出艙活動(dòng)時(shí)需要機(jī)器人的協(xié)助)保持協(xié)作關(guān)系。
戰(zhàn)神-5貨物運(yùn)載火箭
管理授權(quán) NASA局長和項(xiàng)目經(jīng)理應(yīng)被賦予足夠的職責(zé)和權(quán)力來開展管理工作。這包括調(diào)整資源(包括人員、設(shè)施和經(jīng)費(fèi))來滿足任務(wù)需求的靈活性。同樣,項(xiàng)目管理者需要有清晰的責(zé)任和權(quán)力范圍。簡言之,NASA在獲得和管理其計(jì)劃時(shí),應(yīng)該被賦予法律允許范圍內(nèi)的靈活性。
計(jì)劃的穩(wěn)定性 最近10年中,NASA已經(jīng)投入了大量的經(jīng)費(fèi)用于載人航天計(jì)劃。由于預(yù)算的模糊、不穩(wěn)定,以及政策的重新定位,再加上NASA很高的固定成本結(jié)構(gòu),因此收回這些投資并非易事。
合理調(diào)配NASA勞動(dòng)力資源NASA有一支很有才能的(但已老化的)勞動(dòng)力隊(duì)伍,應(yīng)該把重點(diǎn)放在挑戰(zhàn)、技術(shù)開發(fā)的長期任務(wù)、裁剪新概念、系統(tǒng)體系開發(fā)、需求定義,以及監(jiān)督系統(tǒng)的開發(fā)和運(yùn)行上。
NASA固定運(yùn)行成本過大NASA需要大量的固定運(yùn)行成本,這樣會(huì)相應(yīng)減少投資規(guī)模(即低于最佳的投資規(guī)模),從而產(chǎn)生利益延遲以及增加總項(xiàng)目成本的后果。
NASA基本的預(yù)算難題 在目前的預(yù)算結(jié)構(gòu)下,NASA具有的資源可以支持建造一個(gè)主要的新系統(tǒng),或者運(yùn)行一個(gè)新系統(tǒng),但不能兩者兼顧。這是導(dǎo)致在目前的預(yù)算框架內(nèi)出現(xiàn)近地軌道乘員運(yùn)送能力斷檔的根本原因,并且很可能成為未來出現(xiàn)其他斷檔情況的原因。
商業(yè)參與探索計(jì)劃 根據(jù)美國《空間法》的特別規(guī)定,NASA的采購活動(dòng)具有相當(dāng)大的靈活性。NASA應(yīng)該在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候利用這些條款,鼓勵(lì)商業(yè)供應(yīng)商更多的參與,向他們分配與其優(yōu)勢相匹配的任務(wù)和責(zé)任。
國際伙伴關(guān)系 在載人探索太空領(lǐng)域,美國可以領(lǐng)導(dǎo)大膽的新型國際合作項(xiàng)目。如果國際伙伴積極參與,包括積極參與NASA計(jì)劃中的那些“關(guān)鍵路徑”項(xiàng)目,那么美國將會(huì)獲得外交關(guān)系的實(shí)質(zhì)性利益,也會(huì)得到更多的資源。
短期航天飛機(jī)計(jì)劃 當(dāng)前的航天飛機(jī)飛行表必須以安全謹(jǐn)慎的方式安排。根據(jù)目前的飛行安排,航天飛機(jī)很可能會(huì)飛行到2011財(cái)年的第2季度,為這種可能性作好預(yù)算準(zhǔn)備是很重要的。
載人航天飛行斷檔 在當(dāng)前情況下,美國的載人航天能力斷檔期將會(huì)延長至7年。評審委員會(huì)沒有發(fā)現(xiàn)任何可靠的方法可以獲得將斷檔期縮至6年以內(nèi)的新能力。目前,大大縮短這個(gè)斷檔期的唯一方法就是推遲航天飛機(jī)的退役時(shí)間。
“國際空間站”退役延遲這將會(huì)大大增加美國及其國際伙伴的投資回報(bào),否則將會(huì)顯著削弱美國發(fā)展及領(lǐng)導(dǎo)未來國際航天合作伙伴的能力。
重型運(yùn)載火箭 發(fā)射重型運(yùn)載火箭至近地軌道以及將重型有效載荷運(yùn)離地球?qū)⒂欣谔仗剿鳎灿幸嬗趪铱臻g安全和科學(xué)界。評審委員會(huì)評審了“戰(zhàn)神”系列火箭、直接衍生于航天飛機(jī)的運(yùn)載器,以及源于改進(jìn)型一次性系列火箭的運(yùn)載火箭,它們在商業(yè)能力、全壽命周期費(fèi)用、操作復(fù)雜性等方面都有各自的優(yōu)缺點(diǎn),也會(huì)影響到載人航天計(jì)劃以及NASA內(nèi)部的“商業(yè)運(yùn)作模式”。
戰(zhàn)神-1乘員運(yùn)載火箭
近地軌道航天員商業(yè)運(yùn)送服務(wù)利用商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)系統(tǒng)將航天員運(yùn)至近地軌道是可以做到的。盡管具有一些風(fēng)險(xiǎn),但它能在較低的初始成本和全壽命周期費(fèi)用的基礎(chǔ)上比政府部門更早地獲取該運(yùn)載能力。在適當(dāng)?shù)募?lì)下,美國所有的航空航天公司都可以參與到新的競爭中來。這將能使NASA專注于更具有挑戰(zhàn)性的任務(wù),包括基于當(dāng)前或改進(jìn)型“獵戶座”飛船的研制進(jìn)行近地軌道以遠(yuǎn)的載人探索。
探索技術(shù)發(fā)展 對精心設(shè)計(jì)的航天技術(shù)項(xiàng)目進(jìn)行充分投資關(guān)系到探索領(lǐng)域的進(jìn)展。如果所需的技術(shù)已經(jīng)預(yù)先研發(fā),探索戰(zhàn)略可以實(shí)施得更容易、更經(jīng)濟(jì)。技術(shù)投資也將使機(jī)器人探索、美國商業(yè)航天和其他政府用戶受益。
火星之路 火星是載人探索的終極目標(biāo),但它并非最佳的首選目標(biāo)。月球優(yōu)先及靈活性途徑方案都是可行的探索策略,這兩者并不互相排斥。到達(dá)火星之前,人類既可以在自由空間擴(kuò)展足跡,也能獲得在月球表面工作的經(jīng)驗(yàn)。
這次公布的美國載人航天計(jì)劃最終評審報(bào)告同幾年前公布的哥倫比亞號(hào)事故調(diào)查委員會(huì)報(bào)告等評審報(bào)告一樣,反映出了美國載人航天計(jì)劃以及NASA內(nèi)部存在的技術(shù)和管理方面的諸多問題,值得認(rèn)真研究,現(xiàn)初步歸納出幾點(diǎn)看法。
最終評審報(bào)告摘要中的第一句話就指出:美國的載人航天計(jì)劃似乎正在不可持續(xù)的道路上發(fā)展。而導(dǎo)致這個(gè)結(jié)果的主要原因就是美國載人航天計(jì)劃所追求的目標(biāo)與投入資源不匹配。
NASA目前的載人航天計(jì)劃面臨巨大的經(jīng)費(fèi)壓力,這與哥倫比亞號(hào)事故調(diào)查委員會(huì)報(bào)告中所指出的“用很少的錢干過多的事”很類似(被認(rèn)為是導(dǎo)致航天員喪生的主要原因)。挑戰(zhàn)者號(hào)與哥倫比亞號(hào)事故是在NASA面臨預(yù)算和進(jìn)度的嚴(yán)重壓力下發(fā)生的。NASA只有很小的資金裕度來應(yīng)對設(shè)計(jì)和研制階段出現(xiàn)的意外問題,最終以航天員的安全為代價(jià)。
美國前總統(tǒng)小布什2004年提出的“太空探索新構(gòu)想”,可稱為NASA發(fā)展的一項(xiàng)模糊且大膽的計(jì)劃。在宣布了這一構(gòu)想后,小布什就再?zèng)]有提到過它。政府和國會(huì)從未大幅增加預(yù)算來支持小布什的這一構(gòu)想(按2008年美元匯率計(jì)算,NASA的預(yù)算一直保持在170億美元的水平)。實(shí)際上,NASA在2005-2012財(cái)年的探索項(xiàng)目預(yù)算還有所下降,并出現(xiàn)了額外開支(據(jù)NASA估計(jì)多達(dá)120億美元)。其結(jié)果是,NASA在航天和航空領(lǐng)域的科學(xué)和技術(shù)研究計(jì)劃都遭到了大幅削減,有些甚至被取消。
收縮的預(yù)算和不充足的儲(chǔ)備往往會(huì)導(dǎo)致載人航天事故。如果資源不能匹配已經(jīng)確定的目標(biāo),就需要采納新的目標(biāo)。由于固定成本和技術(shù)陳舊的影響,簡單地延長現(xiàn)有的大膽計(jì)劃并不能解決資源困境。
“獵戶座”飛船的乘員艙
載人航天計(jì)劃需要多年的連續(xù)性,頻繁的變化會(huì)導(dǎo)致任務(wù)失敗。只有提出令人信服的理由,才能對進(jìn)行中的計(jì)劃進(jìn)行更改。NASA及其載人航天計(jì)劃都需要穩(wěn)定性,但在過去的10年中已經(jīng)幾次重新定位。美國應(yīng)該采納一項(xiàng)長期的載人航天戰(zhàn)略,并且只有理由充分時(shí)才能更改計(jì)劃。
卓著的太空成就需要多年持續(xù)不斷的支持?!邦l繁地把鮮花從土壤中拔出來檢查其根部是否健康”的方式是不可能獲得成功的,因此NASA及其載人航天計(jì)劃需要資源和方向的穩(wěn)定性。
載人航天計(jì)劃從開始規(guī)劃時(shí)就要明確目標(biāo),而且所有計(jì)劃要完成的目標(biāo)應(yīng)保持一致,也就是說保持“為什么”的一致性,而不是要保持訪問的太空目的地的一致性。在過去規(guī)劃載人航天計(jì)劃時(shí),大多數(shù)情況下更多的是考慮“到達(dá)哪里”,而不是考慮“為什么”,其實(shí)“為什么”才應(yīng)該是本質(zhì)目標(biāo)。
載人航天計(jì)劃的規(guī)劃應(yīng)該從目標(biāo)的選擇開始,而不是針對可能目的地進(jìn)行選擇。目的地應(yīng)源自目標(biāo),而備選的探索體系結(jié)構(gòu)可用這些目標(biāo)進(jìn)行衡量。現(xiàn)在,美國國內(nèi)已經(jīng)達(dá)成共識(shí),載人航天的下一步計(jì)劃是沖出近地軌道。這應(yīng)該能為社會(huì)帶來重要收益,其中包括:推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新,發(fā)展商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)和重要的國家航天能力;積累美國進(jìn)一步探索的專業(yè)知識(shí)。至關(guān)重要的是,載人航天計(jì)劃的目標(biāo)應(yīng)該與國家關(guān)鍵目標(biāo)一致。
載人航天計(jì)劃評審委員會(huì)在其任務(wù)陳述中明確指出,評審委員會(huì)只負(fù)責(zé)為白宮提供評估咨詢。最終評審報(bào)告的提交,標(biāo)志著評審委員會(huì)工作的完結(jié);接下來就是期待奧巴馬總統(tǒng)出臺(tái)一項(xiàng)切實(shí)可行的、新的載人航天政策。
麻省理工大學(xué)載人航天研究報(bào)告中指出,希望奧巴馬政府和國會(huì)在重新考查小布什構(gòu)想、評估其局限性的基礎(chǔ)上,出臺(tái)一項(xiàng)包含戰(zhàn)略原則和具體計(jì)劃的載人航天政策。
根據(jù)評審委員會(huì)的評估,由于政府削減預(yù)算,NASA在2020年之前只能投入大約800億美元用于載人航天計(jì)劃。而要實(shí)現(xiàn)2020年載人重返月球的目標(biāo)至少需要投入1080億美元,預(yù)算缺口高達(dá)280億美元。
評審委員會(huì)負(fù)責(zé)人奧古斯丁認(rèn)為,自從宣布“太空探索新構(gòu)想”以來,NASA的探索預(yù)算已經(jīng)被數(shù)次削減,有限的預(yù)算一直在影響探索方案的進(jìn)展,而技術(shù)限制和其他計(jì)劃的延期也影響了計(jì)劃的進(jìn)度。令評審委員會(huì)驚訝的是,竟然沒有一個(gè)方案適合目前的預(yù)算水平。因此,美國正在實(shí)施的重返月球計(jì)劃——星座計(jì)劃的未來發(fā)展成為關(guān)注的焦點(diǎn),而且就目前的評估結(jié)果來看,其命運(yùn)很不樂觀。美國國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)形勢比較嚴(yán)峻,在這種情況下,白宮是否會(huì)增加預(yù)算來支持“獵戶座”飛船和戰(zhàn)神-1火箭的研制和飛行計(jì)劃,還是個(gè)未知數(shù)。根據(jù)評審委員會(huì)的評估結(jié)果,如果不增加投資,重返月球及載人火星計(jì)劃只能暫時(shí)擱置,目前相關(guān)的所有研制工作都要叫停。不過,奧巴馬總統(tǒng)曾表示要增加載人航天預(yù)算,但增加多少,增加后的預(yù)算用于支持什么計(jì)劃也無從得知。評審委員會(huì)在提出的5種綜合備選方案中,比較傾向于使用商業(yè)力量實(shí)現(xiàn)到達(dá)近地軌道的乘員運(yùn)送目標(biāo)。
美國重返月球及載人探索火星計(jì)劃的前途和命運(yùn)如何,還要等奧巴馬總統(tǒng)的最終決策出臺(tái)才能揭曉。
美國載人航天計(jì)劃中有一個(gè)經(jīng)常被忽視、但極其重要的部分,那就是無數(shù)的工程師、技術(shù)人員、科學(xué)家以及在NASA和此行業(yè)中工作的其他人員。在計(jì)劃管理中要特別關(guān)注保持這些勞動(dòng)力的活力,因?yàn)樗麄兇砹撕教煊?jì)劃特有的、關(guān)鍵的技能。
評審委員會(huì)指出,NASA要向私營企業(yè)學(xué)習(xí),NASA局長應(yīng)該有權(quán)控制NASA和各中心雇用勞動(dòng)力的規(guī)模,從而與可預(yù)見的需求相匹配。各中心的工作分配應(yīng)該能夠反應(yīng)其滿足計(jì)劃實(shí)施任務(wù)的恰當(dāng)能力,而不是簡單地保持一個(gè)固定的勞動(dòng)力規(guī)模。
另一方面,NASA目前的系統(tǒng)工程能力比較弱,主要原因是缺乏具備大量工作經(jīng)驗(yàn)、優(yōu)秀的系統(tǒng)工程師。NASA的系統(tǒng)工程師們被限于研究、分析和監(jiān)督其他人的工作,缺乏技術(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。NASA要想獲得強(qiáng)有力的系統(tǒng)工程能力,首選途徑是鼓勵(lì),至少是許可政府和行業(yè)間有特殊才能人員的流動(dòng),阿波羅計(jì)劃時(shí)期就是這樣。
機(jī)器人探測器應(yīng)該在載人航天計(jì)劃中起到重要的作用,探究具有重要科學(xué)價(jià)值的目的地、勘測未來的著陸地點(diǎn)、提供后勤支持及發(fā)揮其他作用。制定機(jī)器人和載人探索工作協(xié)調(diào)開展的可靠、合理的策略,將會(huì)使科學(xué)和載人航天領(lǐng)域共同受益。
美國目前擁有世界最先進(jìn)的載人探索和機(jī)器人探測技術(shù),因此,在載人探索計(jì)劃中,充分發(fā)揮機(jī)器人探測的協(xié)作能力,平衡二者的關(guān)系,有助于載人航天計(jì)劃的實(shí)施和成功。
過去數(shù)十年間,NASA忽視了技術(shù)開發(fā)的重要性,在這方面缺乏戰(zhàn)略投資,導(dǎo)致目前能夠用于探索系統(tǒng)的方案極其有限。NASA現(xiàn)在應(yīng)該制定新的技術(shù)路線圖,該路線圖將與持續(xù)數(shù)十年的探索任務(wù)關(guān)聯(lián)在一起。假如得到足夠的投資,技術(shù)發(fā)展項(xiàng)目可以重新激發(fā)并吸收來自美國大學(xué)、工業(yè)界以及NASA的創(chuàng)新思想。這部分投資很有價(jià)值,不僅可以增強(qiáng)未來太空探索的能力,還可以降低成本,有利于載人航天計(jì)劃保持穩(wěn)定發(fā)展。
近年來,美國商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)系統(tǒng)發(fā)展迅速。2006年年初,NASA宣布了商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)計(jì)劃,旨在推動(dòng)美國私營企業(yè)發(fā)展可靠的、成效好的近地軌道運(yùn)輸系統(tǒng),營造商用航天運(yùn)輸市場環(huán)境,為政府和私人用戶提供商用航天運(yùn)輸服務(wù)。目前,商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)項(xiàng)目包括美國太空探索技術(shù)(SpaceX)公司開發(fā)的獵鷹-9火箭和“天龍座”飛船,以及軌道科學(xué)公司研制的金牛座-2火箭和“天鵝座”貨運(yùn)飛船。這些系統(tǒng)的研制工作都在順利進(jìn)行。(編者注:獵鷹-9火箭和“天龍座”飛船將在2010年發(fā)射。)
“天龍座”飛船與“國際空間站”對接設(shè)想圖
評審委員會(huì)給出的5種綜合備選方案中,除了基于目前規(guī)劃的2種方案中包括使用“獵戶座”飛船和戰(zhàn)神-1火箭運(yùn)送乘員到達(dá)近地軌道外,其他3種方案都建議使用商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)系統(tǒng)提供近地軌道乘員的運(yùn)輸服務(wù)。評審委員會(huì)建議,把航天員運(yùn)送服務(wù)轉(zhuǎn)移到商業(yè)服務(wù)部門,這種做法雖然也有技術(shù)和項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn),但它可為運(yùn)行成本的降低創(chuàng)造條件,并可能增加美國在2016年前利用新的載人飛行器到達(dá)近地軌道的可能性。評審委員會(huì)建議為航天員空間運(yùn)送服務(wù)建立新的競爭機(jī)制,使大中小型公司都可以參與進(jìn)來。美國商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)系統(tǒng)的發(fā)展前景一片光明。
4.10 奧巴馬決策的重要影響
“天鵝座”飛船將與“國際空間站”對接設(shè)想圖
在2004年小布什總統(tǒng)宣布“太空探索新構(gòu)想”后,全球掀起了載人探索的熱潮,歐洲、印度、日本等地區(qū)或國家紛紛出臺(tái)相關(guān)政策和規(guī)劃支持載人登月、登火星的計(jì)劃。奧巴馬政府針對載人登月及登火星計(jì)劃所作的決定,可能會(huì)影響到其他國家的載人航天政策。它們可能會(huì)重新評估是否在投資和技術(shù)層面上都作好了開展載人太空探索的準(zhǔn)備,并決定是否要修改本國的載人探索目標(biāo)。 范嵬娜/文